基于的PLC控制的電梯用傳感器工作原理和過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷的加快，電梯不僅在高樓層必不可少，而且在建筑群有著重要運(yùn)輸作用，而可編程控制器在樓宇智能控制、工業(yè)過程控制中得到了大量的的應(yīng)用，利用它可以提供實(shí)踐教學(xué)模型，設(shè)計(jì)出適合電氣自動(dòng)化、自動(dòng)化、機(jī)械等專業(yè)使用的配套教學(xué)裝置和實(shí)驗(yàn)裝置。本文主要研究主要的是電梯邏輯控制系統(tǒng)中所用的具有代表性的傳感器，設(shè)計(jì)出以PLC控制展示出電梯用傳感器在電梯中工作原理和工作過程的傳感系統(tǒng)，將平層傳感器、稱重傳感器、光電編碼器和光幕傳感器集合于PLC控制系統(tǒng)，讓更多的人對(duì)PLC控制電梯傳感系統(tǒng)和電氣原理有更多的了解，從而設(shè)計(jì)出更多的電梯電氣類產(chǎn)品，提高電梯的質(zhì)量、效率和安全性。本次設(shè)計(jì)對(duì)電梯主流傳感器對(duì)其工作原理和功能作了較為詳細(xì)的介紹，對(duì)PLC的特性、編程語言等也進(jìn)行了闡述，出于整個(gè)控制系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)容量選擇了三菱FX2N-48MR可編程控制器，基于傳感器類型、I/O分配圖和所需的元件設(shè)計(jì)出整個(gè)教學(xué)演示裝置的外部接線圖，設(shè)計(jì)各個(gè)傳感器流程圖設(shè)計(jì)得到實(shí)現(xiàn)相關(guān)要求的指令程序，滿足本次設(shè)計(jì)的控制要求。關(guān)鍵詞：電梯用傳感器；可編程控制器；控制系統(tǒng)；指令程序目錄15404第1章緒論 第1章緒論1.1論文研究的目的和意義隨著二胎政策開放，我國(guó)人口在不斷增加，城市迅速發(fā)展所需要的高層建筑也在不斷增多，機(jī)電一體化的電梯在高樓層可以讓人或物體上下更便捷，所以電梯的數(shù)量也在不斷增加。電梯一般用于載物或人，它是通過兩邊的導(dǎo)軌，然后在電力的推動(dòng)下，拖動(dòng)轎廂做升降運(yùn)動(dòng)由此完成移動(dòng)物體位置的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)在高層建筑中提供運(yùn)輸服務(wù)的目的。因此電梯是高樓層設(shè)施里面的移動(dòng)實(shí)用裝置，具有運(yùn)輸速度快，安全性好，省時(shí)省力和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。在之前電梯產(chǎn)業(yè)常用到的調(diào)控手段是繼電器控制，但其存在很多的缺陷和不足之處，例如耗電量大，難修理且容易出問題，編程復(fù)雜等，考慮到人們對(duì)電梯的需要方向，這一控制系統(tǒng)不能滿足他們的日常需求，所以電梯行業(yè)就逐步將它閑置淘汰了。一般來說，PLC在系統(tǒng)中作用相當(dāng)于團(tuán)體里的首領(lǐng)，識(shí)別傳遞過來的信息，經(jīng)過一定的運(yùn)算整理發(fā)射出對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。傳感器設(shè)備是一種檢測(cè)測(cè)量信息的裝置，經(jīng)過一定的時(shí)間捕捉到到被測(cè)物體的散發(fā)信息，按照一定的原則將信號(hào)轉(zhuǎn)換為其他信號(hào)來滿足控制功能的要求,從而達(dá)到對(duì)電氣信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示、記錄和傳輸?shù)哪康?，通過轉(zhuǎn)化能力來滿足所需要的各種要求，其功能可以代替人類的感知器官，像視覺、聽覺、嗅覺等[1]。在進(jìn)行研究的時(shí)候，需要先了解電梯用傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，再深入理解其原理和種類，以PLC為中心完成教學(xué)電梯傳感系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)，在操作的過程，讓我們直觀的理解電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)背后的原理，這一系統(tǒng)可以使老師教學(xué)更加生動(dòng)，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)要求，在鞏固專業(yè)基礎(chǔ)的同時(shí)，也讓大家對(duì)電梯控制系統(tǒng)更了解，培養(yǎng)出能夠?yàn)殡娞菰O(shè)計(jì)做出奉獻(xiàn)的專業(yè)電梯人才。1.2論文研究現(xiàn)狀從國(guó)際發(fā)布的數(shù)據(jù)上來看，大部分國(guó)家對(duì)電梯的需求在不斷上升。其中，英國(guó)、美國(guó)、日本、德國(guó)的經(jīng)濟(jì)排名靠前的國(guó)家擁有電梯數(shù)量較大，由于人口趨于老齡化，他們的電梯擁有量保持在一定水平，但是對(duì)于電梯的渴求量平均每年增長(zhǎng)在百分之六左右。與這些國(guó)家相比不一樣的是，發(fā)展中國(guó)家的電梯渴求量較低。然而，近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展欣欣向榮，基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展,中國(guó)成為了世界上最大的電梯生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家在一個(gè)世紀(jì)的變遷下，電梯行業(yè)呈現(xiàn)顯而易見的行業(yè)集聚現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為日立、通力、蒂森、迅達(dá)、三菱知名品牌成為呈現(xiàn)行業(yè)巨頭，引領(lǐng)電梯產(chǎn)品的潮流方向[2]。目前電梯的研究方向集中向著高效、智能、安全發(fā)展、故障診斷、綠色，技術(shù)員為了改善電梯的運(yùn)作效率，在現(xiàn)代自動(dòng)電梯中將傳感器的技術(shù)與單片機(jī)或者PLC結(jié)合在一起，制造出擁有更加智能、高效的控制系統(tǒng)。還有研究電梯所使用的光幕傳感器，之前電梯門保護(hù)裝置采用的是機(jī)械式安全觸板，這種裝置并不安全，之后在電梯中引入了紅外光元器件，使得電梯保護(hù)裝置開始由接觸式轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙佑|式，通過單光點(diǎn)探測(cè)物體,后來從30年前開始，微電子技術(shù)的不斷更新伴隨著微處理器的應(yīng)用進(jìn)展加快，電梯門保護(hù)裝置從而出現(xiàn)了連續(xù)掃描的光幕傳感器,電梯光幕里面有光電接收裝置，不需要直接與人或物接觸，它具有識(shí)別迅速、隱藏性好、運(yùn)行速度快、保護(hù)范圍大的特點(diǎn)[4]。近年來，由于人們生活質(zhì)量的提高,人們對(duì)電梯安全很重視，所以光幕傳感器在電梯中的應(yīng)用也越來越頻繁。在電梯中運(yùn)用的傳感器種類各式各樣，平均每臺(tái)電梯使用的數(shù)量是兩個(gè)到八個(gè),一般使用編碼器次數(shù)最頻繁，編碼器在曳引機(jī)和門機(jī)上使用，可以檢測(cè)到電梯在井道中的位移和當(dāng)時(shí)電梯運(yùn)行的速度[5]。目前，在電梯用傳感器市場(chǎng)中，編碼器和光幕傳感器占有較大的比重，因此研究電梯里的主流傳感器，可以讓我們了解傳感器的發(fā)展方向，便于提高電梯功能。許多高職院校開設(shè)了電梯有關(guān)的培養(yǎng)專業(yè)，是為了滿足電梯增多的需求，提高電梯的售后服務(wù)質(zhì)量，而不是重視養(yǎng)成學(xué)生電梯電氣原理和設(shè)計(jì)方面的能力[6]，所以本次設(shè)計(jì)將電梯使用的平層感應(yīng)器、稱重傳感器、速度編碼器、光幕傳感器合成在整體教學(xué)控制模型，利用plc控制簡(jiǎn)單明了地模擬出電梯用主流傳感器的工作過程，為我們研究電梯控制系統(tǒng)開展了新的角度，對(duì)電梯傳感系統(tǒng)有更深刻的認(rèn)識(shí)。1.3本文的工作本設(shè)計(jì)從當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)的研究趨勢(shì)出發(fā)，采用文獻(xiàn)研究、總結(jié)歸納的方法，對(duì)電梯用傳感器教學(xué)演示模型進(jìn)行學(xué)習(xí)、分析、總結(jié)與設(shè)計(jì)。了解傳統(tǒng)的繼電器控制不足以及plc控制的優(yōu)勢(shì)，查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)plc控制以及電梯用傳感器的原理和組成，根據(jù)找到的參考文獻(xiàn)結(jié)合自己的思考，確定論文的整體硬件軟件設(shè)計(jì)流程，包括plc的選型和I/O分配表，各種傳感器的梯形圖的設(shè)計(jì)并對(duì)各部分需要實(shí)現(xiàn)的功能畫出相應(yīng)的梯形圖并不斷地改正，達(dá)到每部分功都能正確實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電梯用傳感器教學(xué)演示裝置的設(shè)計(jì)。第2章電梯用傳感器2.1傳感器介紹2.1.1傳感器的定義傳傳感器可以接收被測(cè)量的信息，并且可以依據(jù)一定規(guī)律將檢測(cè)到的信號(hào)。轉(zhuǎn)化成電信號(hào)或者其他信號(hào)的形式輸出，在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制環(huán)節(jié)中居于首要地位。一直以來傳感器在多個(gè)領(lǐng)域取得各種各樣的運(yùn)用，傳感器更新?lián)Q代產(chǎn)品在未來將向系統(tǒng)化、數(shù)字智能化、仿生化、多樣化發(fā)展，具有很好的發(fā)展?jié)撃堋?.1.2傳感器的組成傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，轉(zhuǎn)化的原理圖如下：其中主要組成部分各部分的主要作用介紹如下:敏感元件是先接收需要測(cè)量物體發(fā)送過來的信息，然后在其內(nèi)部經(jīng)過一定時(shí)間的轉(zhuǎn)化，得到和之前具有某種特定聯(lián)系的物理量;轉(zhuǎn)換元件則將前面?zhèn)鬟f過來的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐穮?shù)，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成最終顯示的電量；而輔助電源用于提供傳感器轉(zhuǎn)換過程所需的電源。2.1.3傳感器的組成由于傳感器的使用范圍很廣，并且在很多學(xué)科有交叉，所以它的種類和分類方法也就多起來了。一般可以從工作原理、使用的原料、使用方向、輸出的信號(hào)類型還有制作工藝來進(jìn)行細(xì)分。下面介紹幾種比較常用的分類方法如表2-1所示：2.2電梯用傳感器分析2.2.1平層感應(yīng)器平層感應(yīng)器分為上平層、下平層感應(yīng)器，安裝的位置是轎廂頂上，可以給電梯運(yùn)行過程輸出平層指令。其工作原理是：傳感器接收轎廂傳來的光信號(hào)，由于轎廂在電梯導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，光電強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，傳感器通過光線變化從而轉(zhuǎn)化為高低電平信號(hào)輸出，從而判斷電梯的位置變化，控制柜根據(jù)衡量信號(hào)的改變實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)平層。在電梯向下運(yùn)動(dòng)過程中，上平層感應(yīng)器位于隔磁板之間時(shí)，發(fā)出降速命令，電梯在接收降速指令后同時(shí)做慢速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下平層感應(yīng)器在位于隔磁板之間后，平層傳感器的常開觸點(diǎn)接通，電梯到達(dá)指示樓層，開始發(fā)出暫停行駛信號(hào)，對(duì)應(yīng)的繼電器在收到暫停指令后，電動(dòng)機(jī)在這個(gè)過程中通過抱緊閘門制止運(yùn)行，隨后電梯門在收到對(duì)應(yīng)的樓層位置后門打開。電梯上行的運(yùn)作流程恰好與此相反，可以由下行推出運(yùn)行的方式。2.2.2稱重傳感器稱重傳感器運(yùn)行方式：電阻應(yīng)變計(jì)位于彈性敏感元件上面，當(dāng)傳感器受到壓力、質(zhì)量時(shí)，彈性敏感元件上的金屬應(yīng)變片發(fā)生彈性形變，使得在電路上的電橋阻值發(fā)生變化，其轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸出。稱重傳感器主要由彈性敏感元件和電阻應(yīng)變計(jì)構(gòu)成，兩者具有不同的作用，前者可以將感受到物體的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變值，后者則將應(yīng)變值內(nèi)化為電橋電阻的變化，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。受到稱重傳感器的成本和稱重重量的限制，本次設(shè)計(jì)特選取了型號(hào)為EMK-HDJD稱重裝置，其實(shí)物圖如下所示：圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s14稱重傳感器2.2.3光電編碼器光電編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式位置傳感器，根據(jù)輸出信號(hào)的差異，分為絕對(duì)式和增量式。其中，增量式的通過光電發(fā)射和接受管作用使電量輸出取代了光信號(hào)，在主碼盤上有通、暗刻線，當(dāng)光線全部透過主碼盤的透光刻線和鑒向盤的縫隙，得到的電壓最大，當(dāng)光線射到主碼盤暗刻線，光電變換器接收不到光線，此時(shí)得到的電壓最小;當(dāng)主碼盤勻速運(yùn)行過一圈時(shí)，輸出具有一定的規(guī)律，類似正弦波電壓，輸出A、B相兩組脈沖值相差90度，脈沖波形有前后之分，因此可以通過兩者的位置判斷此時(shí)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，同時(shí)輸出Z相作為原點(diǎn)來參考[9]。光電編碼器可以判斷正反方向還能測(cè)速，其擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好型號(hào)小、價(jià)低的優(yōu)勢(shì)，可用于高分辨率和角位移測(cè)量系統(tǒng)中，增量式的實(shí)物圖還有工作原理顯示如下：圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s15增量式圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s16增量式編碼器原理圖絕對(duì)式編碼器能夠根據(jù)碼盤上的圖案轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字代碼輸出，不用安裝計(jì)數(shù)器，便于計(jì)算機(jī)處理，所在位置具有唯一性，即使掉電位置信息也不會(huì)丟失，所以在工業(yè)控制系統(tǒng)得到廣泛使用。缺點(diǎn)是當(dāng)進(jìn)給數(shù)使得轉(zhuǎn)數(shù)超過一定范圍，一個(gè)編碼器是不能實(shí)現(xiàn)功能的，需要幾個(gè)編碼器構(gòu)成復(fù)雜的多級(jí)檢測(cè)裝置，相對(duì)支出也較高。絕對(duì)編碼器的碼盤上的刻線數(shù)量與編碼器的位數(shù)具有二進(jìn)制倍數(shù)關(guān)系，刻線的排列放式具有一定的規(guī)律性，在不同的角度下，其對(duì)應(yīng)的格雷碼也不同[9]。圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s17絕對(duì)式編碼器2.2.4光幕傳感器光幕傳感器是在物體遮擋電梯放射的紅外光線時(shí)通過紅外電子元件使電梯產(chǎn)生控制信號(hào)防止被夾的安全保護(hù)裝置。電梯光幕具有操作起來無機(jī)械、識(shí)別迅速、運(yùn)動(dòng)速度快、隱藏性好、保護(hù)范圍大等特點(diǎn)，在電梯中成為潮流裝配器件。光幕傳感器這一傳感器在電梯整個(gè)控制系統(tǒng)中采用常閉觸點(diǎn)輸出，就是將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成低電平輸出，這個(gè)可以有效防止主控系統(tǒng)和門系統(tǒng)因?yàn)樽璧K信號(hào)斷開而接收不到開門信號(hào)。其優(yōu)勢(shì)在于，通過紅外管發(fā)射和接收信號(hào)，和傳統(tǒng)的機(jī)械觸板比較，光幕傳感不需要直接接觸就可以探測(cè)到人和物體，不會(huì)對(duì)人或物體產(chǎn)生撞擊的危險(xiǎn)。在人或物體被遮住時(shí)，這一傳感器在電梯整個(gè)控制系統(tǒng)中采用常閉觸點(diǎn)輸出，就是將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成低電平輸出，這個(gè)可以有效防止主控系統(tǒng)和門系統(tǒng)因?yàn)樽璧K信號(hào)斷開而接收不到開門信號(hào)。圖STYLEREF1\s2-SEQ圖\*ARABIC\s18光幕傳感器第3章電梯用傳感器的plc控制概述3.1控制系統(tǒng)選擇電梯繼電控制系統(tǒng)存在的問題有：（1）接觸觸點(diǎn)多，電流不穩(wěn)定時(shí)觸點(diǎn)容易壞，易出現(xiàn)設(shè)備障礙;（2）電磁部分和觸點(diǎn)指令處理速度不快，操作判斷不夠迅速，電磁慣性大，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的的控制精度低;（3）需要少見的控制元器件和布線方式，才能擁有完善的控制功能，實(shí)現(xiàn)起來難度大;（4）系統(tǒng)消耗能量多，進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)易造成噪聲污染;（5）加上接線電路復(fù)雜，容易出現(xiàn)問題，維護(hù)工作量大，維護(hù)支出多，并且發(fā)生故障時(shí)檢查起來困難，浪費(fèi)人力和物力[10]。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高容易發(fā)生故障，所以電梯容易不穩(wěn)定和陷入不安全狀態(tài)，經(jīng)常導(dǎo)致電梯停轉(zhuǎn)，給乘客帶來不便和擔(dān)憂。此外，如果電梯撞到頂部或者蹲下，不僅會(huì)造成物資上的損失，還會(huì)威脅人身安全造成傷亡。可編程控制器控制系統(tǒng)具有可靠性高、屏蔽干擾能力強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、整體設(shè)計(jì)流程與調(diào)試花費(fèi)時(shí)間短，大多數(shù)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都采用了它[11]。下面展現(xiàn)了PLC控制和繼電器控制在不同功能范圍內(nèi)的各自特點(diǎn)的不同之處，如下表所示：表3-SEQ表\*ARABIC\s11兩種控制對(duì)比分析比較內(nèi)容PLC控制繼電器控制可靠性抗干擾性強(qiáng)，可靠性高元件復(fù)雜，觸點(diǎn)多，易壞控制實(shí)時(shí)性微處理器控制實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性較差實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)控制要求通過繼電器接線，完成控制過程生產(chǎn)工藝的適應(yīng)能力更改程序，適應(yīng)能力強(qiáng)。更改設(shè)計(jì)的接線，適應(yīng)能力差靈活性擴(kuò)展單元種類很多，擴(kuò)展靈活差續(xù)表3-1使用空間和安裝已經(jīng)小，重量輕，安裝簡(jiǎn)單。控制柜體積大，安裝工作量大使用壽命使用壽命長(zhǎng)容易損壞，壽命短控制精度易提高難以提高維護(hù)維修方便，工作量小復(fù)雜、工作量大3.2plc介紹3.2.1發(fā)展PLC的名稱取自英文翻譯的首字母縮寫，主要是由微處理器掌控整個(gè)控制過程，其一般執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算實(shí)現(xiàn)操作目的?，F(xiàn)在PLC基本上大體向兩個(gè)趨勢(shì)發(fā)展。一是向小型化、采用單機(jī)控制發(fā)展，展現(xiàn)型號(hào)小、價(jià)格低、質(zhì)量?jī)?yōu)的優(yōu)勢(shì)。由于PLC需要成本少，相對(duì)整體設(shè)備成本計(jì)算也比較令人接受，體積小，放置在電器柜中可減少占用空間，看著更加簡(jiǎn)潔、清楚。二是向大型PLC、采用多處理器發(fā)展，具有高速、功能種類多、分布廣的特點(diǎn)，這種可編程控制器通常具有更大的儲(chǔ)存能力和輸入輸出接口的功能完備，能夠完全滿足自動(dòng)控制的控制要求。3.2.2特點(diǎn)（1）穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)在操作過程中經(jīng)常使用觸點(diǎn)完成目標(biāo)，但是接點(diǎn)通常會(huì)出現(xiàn)接觸不良，并且設(shè)備容易退化，這會(huì)嚴(yán)重影響使用的可靠性,PLC采用了一系列的硬件和軟件干擾保護(hù)方法，因此具有很高的干擾保護(hù)性能；PLC編程語言較凝練，所以編程出錯(cuò)率降低，此外，PLC具備自動(dòng)測(cè)試出硬件上的障礙，可以在發(fā)生阻礙時(shí)發(fā)送警告信號(hào)，從而使其成為穩(wěn)定的系統(tǒng)[12]。（2）編程簡(jiǎn)單，使用方便梯形圖、布爾助記符、功能表圖等是主要的程序語言。這些都可以成為可編程控制器控制的編程語言，靈活性比較高、種類多樣。PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制不同的是，改變靈活，省去改造硬件設(shè)備的麻煩，一般更改程序后就可以滿足不同的生產(chǎn)需求，這也是繼電器控制會(huì)被閑置的關(guān)鍵原因之一。技術(shù)人員在使用梯形圖、布爾助記符等編程語言時(shí)理解起來更加容易，使用的過程也更加容易上手，從而提高了工作效率。（3）功能以及適用性均比較強(qiáng)PLC自身系統(tǒng)比較完善，在實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)定時(shí)等基本功能，加入特殊模塊后，會(huì)有定位控制、過程控制的能力。控制范圍可以由單到多，由近及遠(yuǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)控制，相關(guān)產(chǎn)品會(huì)在依據(jù)客戶需求不同的方向和種類進(jìn)行延伸。和同用途的繼電器控制系統(tǒng)產(chǎn)品相比，性價(jià)比還是不錯(cuò)的。（4）易于安裝，便于維護(hù)PLC相比其他元件較小，在裝配時(shí)占據(jù)的位置不大，節(jié)省了空間。原有的繼電器被它取代時(shí)，只需將輸入/輸出設(shè)備連接到解析端即可，這大大減少了人力和物力,它用軟件取代了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的大量硬件，這種方法提高了電氣工程師的安裝效率;PLC在設(shè)計(jì)過程中的期望達(dá)到易于維護(hù)的目的，它的障礙診斷指示器一般安裝在電路區(qū)域元件里面，當(dāng)元器件發(fā)生障礙時(shí)，維護(hù)過程中移除損壞部分，插入模塊級(jí)組件，可以輕松解決問題[12]。3.2.3plc的編程語言PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。梯形圖語言和助記符語言在電氣控制系統(tǒng)中使用比較多，第三種語言應(yīng)用的范圍也很廣，完成最終設(shè)計(jì)目標(biāo)的程序語言是梯形圖。權(quán)威電工委員會(huì)為我們提供了下列這些確定的語言：（1）梯形圖語言梯形圖語言使用頻率最高，具有普遍性。梯形圖上看不到元器件的圖形，而是通過數(shù)字符號(hào)替代，程序的編寫需要遵循橫向和豎向的順序，程序排列整齊易懂，上面的觸點(diǎn)、指令框和線圈具有不同的含義，具體可表示為表示邏輯輸入條件、附加指令、和邏輯運(yùn)算結(jié)果[13]。（2）語句表語言語句表類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，是最基礎(chǔ)的程序語言，語句的基本元素由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成，在編寫時(shí)通過若干條指令共同完成操作功能，看起來簡(jiǎn)潔明了[13]。（3）功能模塊圖語言功能模塊圖和數(shù)字邏輯運(yùn)算電路相似，一般組成部分有三種邏輯門、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器,還有處理比較功能復(fù)雜或者支系多的系統(tǒng)時(shí)，使用這種語言可以節(jié)約后續(xù)調(diào)試的時(shí)間，也可以使工程師清晰的看到他們之間的聯(lián)系[13]。（4）順序功能流程圖語言程序的執(zhí)行按照一定的邏輯流程稱為順序功能流程圖，整個(gè)部分有步和轉(zhuǎn)換條件組成，只有符號(hào)裝換條件的步才會(huì)傳遞下去，各階段之間也有一定的轉(zhuǎn)換條件，從而按順序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)控制，提高掃描效率[13]。（5）結(jié)構(gòu)化文本語言結(jié)構(gòu)化文本語言作為標(biāo)準(zhǔn)編程語言，和上述不同的是，它采用塊結(jié)構(gòu)，可以強(qiáng)化算法運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理的能力，使PLC功能的實(shí)現(xiàn)更好，處理難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜功能，具有不錯(cuò)的效果。還具有的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)化文本在對(duì)于不同類型的產(chǎn)品時(shí)，可以使用C語言或者其他語言進(jìn)行編譯[13]。3.3FX系列plc3.3.1三菱plc的優(yōu)勢(shì)三菱編程與西門子編程相比，更加直觀易懂，容易理解，三菱FX系列plc體積極小，有多個(gè)系列，系統(tǒng)配置靈活，比模塊式三菱plc性價(jià)比更高，功能強(qiáng)，使用方便，采用插接式接線端子排，更換單元靈活。3.3.2三菱plc的選型今年來三菱公司推出了FX2、FX1、FX2C這三種系列，它們都屬于性能好的小型產(chǎn)品，推出的微型系列有FXOS、FXON、FX2N。FXOS的功能較少，廉價(jià)，對(duì)系統(tǒng)的控制有較高要求的可以使用FXON。這些可編程控制器都較小，卻可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令，他們的外觀、高度還有深度相差不大，但是在性能和價(jià)格上存在較大的差距。其中，F(xiàn)X2N是其中最先進(jìn)的系列，功能最強(qiáng)，可用與控制要求很高的控制系統(tǒng)?？紤]系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，計(jì)算其輸入/輸出接點(diǎn),還要考慮指令執(zhí)行所需要的速度和時(shí)間,以及之后系統(tǒng)要拓展功能時(shí)留出一定的輸入輸出節(jié)點(diǎn)。綜合上述考慮，選擇的PLC型號(hào)為三菱FX2N系列之中的FX2N-48MR。3.4控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的軟件部分前，需要思考出整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳達(dá)出傳感器教學(xué)演示功能的框架，結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)和自己的知識(shí)，確定符合本次設(shè)計(jì)的各部分組成和相關(guān)措施?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如圖：圖3-SEQ圖\*ARABIC\s11整體設(shè)計(jì)流程圖

第4章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型4.1傳感器的選型傳感器、PLC及顯示屏等元器件構(gòu)成整個(gè)電梯傳感系統(tǒng)的演示裝置，應(yīng)用在電梯的傳感器主要是平層傳感器、稱重傳感器、光電編碼器、光幕傳感器等，本次設(shè)計(jì)主要研究了這四種，這些傳感器在提高電梯的安全性、可靠性和效率，發(fā)揮著重要作用，各自的作用在下面會(huì)講述到，針對(duì)本次設(shè)計(jì)，出于考慮到成本、實(shí)用性和實(shí)驗(yàn)的可實(shí)現(xiàn)等，在這里選擇傳感器的類型如下：表4-SEQ表\*ARABIC\s11傳感器型號(hào)選擇傳感器名稱作用型號(hào)平層感應(yīng)器提供平層信號(hào)YG-1稱重傳感器提供載重信號(hào)EMK-HDJD光電編碼器反饋位置信息WECO-917A61光幕傳感器感應(yīng)保護(hù)、防夾E6C2-CWZ584.2PLC機(jī)型選擇4.2.1I/O點(diǎn)數(shù)的估算PLC的規(guī)模和價(jià)格受所需要輸入輸出信號(hào)的影響,功能越復(fù)雜需要的接口越多，PLC的規(guī)模和價(jià)格自然跟著上漲，所以在選型的時(shí)候,重要的一點(diǎn)是計(jì)算出需要的輸入輸出端子數(shù)。在計(jì)算輸入輸出點(diǎn)的數(shù)目和PLC的選擇經(jīng)過計(jì)算和分析，確定輸入輸出信號(hào)的數(shù)目，確定輸入輸出量的電壓類型、電平和數(shù)量，選擇合適的PLC模型。估算I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，先要理清電梯用傳感器教學(xué)演示裝置的需要的輸入輸出設(shè)備，像樓層指示燈、光電編碼器、顯示板等，然后根據(jù)所需要的電器元件所需要的接口數(shù)，保守得到總點(diǎn)數(shù)。當(dāng)然為了方便之后對(duì)控制系統(tǒng)功能完善和改造，應(yīng)該留出大約百分之十左右以便后續(xù)的拓展，F(xiàn)X系列的PLC輸入輸出總點(diǎn)數(shù)有24、32、48、64等不同型號(hào)規(guī)格，其外部輸入輸出端子輸，會(huì)影響整個(gè)控制系統(tǒng)的規(guī)模，可根據(jù)用戶的需要選擇，進(jìn)行靈活選用。4.2.1I/O機(jī)型的確定FX2N-48MR具有靈活配置在基本單元外還可擴(kuò)展至256點(diǎn)輸入輸出組，可以進(jìn)行高速運(yùn)算，寄存器容量可以通過寄存器盒進(jìn)行擴(kuò)展。該類型的I/O端子分配位置圖如下所示：4.3I/O點(diǎn)數(shù)分配圖通過詳細(xì)梳理控制系統(tǒng)所需的輸入輸出設(shè)備，得出控制系統(tǒng)主要有接近開關(guān)、平層按鈕、樓層指示燈、正反轉(zhuǎn)指示燈、超速超載指示燈等，以三層電梯為例，分別要分配三個(gè)輸入和輸出點(diǎn)數(shù)使指示燈顯示樓層位置信息，在統(tǒng)計(jì)后輸入端子需要8個(gè)，輸出端子需要24個(gè)，匯總所有需要的輸入輸出接口，結(jié)合實(shí)際情況并經(jīng)過綜合分析得到的分配圖如下：表4-SEQ表\*ARABIC\s12PLC的I/O分配輸入接點(diǎn)名稱序號(hào)輸出接點(diǎn)名稱序號(hào)上平層感應(yīng)器X000一樓指示燈Y000下平層感應(yīng)器X001二樓指示燈Y001接近開關(guān)1X002三樓指示燈Y002接近開關(guān)1X003超載報(bào)警指示燈Y003接近開關(guān)1X004上行指示燈Y004脈沖A相X005下行指示燈Y005脈沖B相X006超速指示燈Y006

續(xù)表4-2光幕傳感器X007光幕指示燈Y007顯示板1DY010顯示板1CY011顯示板1BY012顯示板1AY013顯示板2DY014顯示板2CY015顯示板2BY016顯示板2AY017顯示板3DY020顯示板3CY021顯示板3BY022顯示板3AY023顯示板4DY024顯示板4CY025顯示板4BY026顯示板4AY0274.4PLC外部接線圖為了使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加清晰，展現(xiàn)出整個(gè)設(shè)計(jì)最終的效果圖，結(jié)合上述系統(tǒng)的總體輸入輸出分配請(qǐng)況，能反映出傳感器工作原理的電氣設(shè)計(jì)圖如下所示：圖4-SEQ圖\*ARABIC\s12總體接線圖第5章程序設(shè)計(jì)5.1FX2N系列PLC的基本邏輯指令基本邏輯指令作為PLC最基本的編程語言，學(xué)會(huì)了它就大致融匯了不同PLC型號(hào)的基礎(chǔ)使用方法,提供我們?cè)O(shè)計(jì)本論文梯形圖的程序幫助，一些常見基本的邏輯指令如表所示：表5-SEQ表\*ARABIC\s11常用邏輯指令符號(hào)功能梯形圖表示LD取常開觸點(diǎn)與母線相連LDI取反常閉觸點(diǎn)與母線相連OUT輸出線圈驅(qū)動(dòng)AND與常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接ANDI與非常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接OR或常開觸點(diǎn)并聯(lián)連接ORI或非常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接ORB塊或電路塊并聯(lián)連接ANB塊與電路塊串聯(lián)連接END結(jié)束結(jié)束程序5.2程序流程圖5.2.1平層傳感器平層傳感器主要是是電梯與樓層平面保持在一致平面上，避免人發(fā)生危險(xiǎn)事故。本此設(shè)計(jì)接收平層傳感器平層信號(hào)通過指示燈亮暗來表現(xiàn)，流程圖如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s11平層傳感器流程5.2.2稱重傳感器在電梯控制系統(tǒng)中，轎廂滿載時(shí)，電梯所能承受的重量剛好達(dá)到臨界值，電梯門此時(shí)也會(huì)發(fā)出提示，但是電梯或正常行駛，它會(huì)直接在所要去的樓層停留，中間不允許增加人或物，載重量減輕時(shí)才繼續(xù)增加。轎廂超載時(shí)，電梯轎廂出現(xiàn)超載時(shí)，電梯控制主板會(huì)發(fā)出超載信號(hào)指示燈點(diǎn)亮的指令，電梯會(huì)發(fā)出聲響提醒乘客，延長(zhǎng)電梯的壽命。由此可得出設(shè)計(jì)靈感，稱重傳感器的流程圖如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s12稱重傳感器流程圖5.2.3光電傳感器學(xué)習(xí)光電編碼器的測(cè)速方法，通過輸出得到的脈沖的根據(jù)公式可以得到速度值，當(dāng)速度超過一定值時(shí)，可以指示燈可以顯示。不同顏色的指示燈可以顯示樓層向下或向下的工作狀態(tài)，由此得出的流程圖如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s13光電編碼器控制流程5.2.4光幕傳感器光幕傳感器在感應(yīng)電梯門前是否有人移動(dòng)是通過紅外傳感器，判斷是否進(jìn)入電梯，是利用發(fā)射管對(duì)應(yīng)接收管接收紅外光，然后對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行解碼操作，判斷是否有人遮擋。由此可以得出流程圖如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s14光幕傳感器流程圖5.3程序說明5.3.1平層傳感器說明當(dāng)電梯要平層時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)脫離電源，同時(shí)抱緊閘門實(shí)施制動(dòng)操作。通過了解它的工作原理可知道判斷電梯運(yùn)行方向可以通過上限位和下限位開關(guān)來進(jìn)行判斷的，當(dāng)上下平層信號(hào)X003、X004輸入后，Y001、Y002、Y003是樓層指示燈在PLC輸出端的地址，響應(yīng)對(duì)應(yīng)的樓層信號(hào)可以亮起代表樓層層數(shù)的指示燈。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s15平層顯示5.3.2稱重傳感器說明使用的稱重范圍在一千千克以下，使用顯示屏顯示數(shù)值，本次設(shè)計(jì)設(shè)定的負(fù)載上限是九十九，接受脈沖信號(hào)，得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，判斷是否超載，超載的話輸出超載信號(hào)，指示燈亮，沒有的話,顯示屏處理數(shù)值，先個(gè)位數(shù)經(jīng)過延時(shí)后顯示十位數(shù)，得出具體數(shù)值。其中，表示在基本模塊和模擬量的輸入輸出模塊之間進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)訊息有FROM和TO指令前者將數(shù)據(jù)導(dǎo)入PLC，后者把數(shù)據(jù)寫入位于緩沖寄存器，地址是在特殊功能模塊當(dāng)中。FROM指令具體含義：K0代表單元號(hào)；第二個(gè)K0代表緩沖寄存器的傳送源；K2M100代表目的地址；K2是傳輸?shù)目傸c(diǎn)數(shù)。對(duì)應(yīng)的梯形圖如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s16稱重傳感器梯形圖5.3.3光電編碼器說明M8000監(jiān)控PLC的運(yùn)行過程，定時(shí)器設(shè)定1秒后通電計(jì)數(shù)，速度的得出是將得到的脈沖數(shù)據(jù)乘以60，得到每分鐘脈沖數(shù)再除以200得到的是速度，其數(shù)值存入D2當(dāng)中，C251是高速計(jì)數(shù)器，其具有頻率更快的脈沖信號(hào)，A相和B相決定計(jì)數(shù)的增減，當(dāng)A相處于接通狀態(tài)，B相由OFF轉(zhuǎn)成ON,計(jì)數(shù)增加；反之則為減計(jì)數(shù)。當(dāng)為增計(jì)數(shù)時(shí)上行指示燈亮；當(dāng)為減計(jì)數(shù)時(shí)，下行指示燈亮。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s17光電編碼編碼器速度和方向梯形圖當(dāng)內(nèi)部輔助繼電器M1通電時(shí)，考慮存入D2數(shù)據(jù)和一百的大小關(guān)系，當(dāng)存入的數(shù)值都比一百小，則對(duì)其除于10，此時(shí)應(yīng)該把得到的商存入D3當(dāng)中，余數(shù)存入D4中，數(shù)據(jù)大于一百時(shí),M11、M12是超速繼電器，兩者接通則超速指示燈亮。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s18超速指示5.3.4光幕傳感器說明此傳感在電梯上使用可檢測(cè)物體，保證電梯能夠正常安全運(yùn)行，通過接收紅外信號(hào)然后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，提高探測(cè)物體的靈敏度，當(dāng)無人或物體經(jīng)過檢測(cè)區(qū)電梯不運(yùn)轉(zhuǎn)，減少空耗從而達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)有物體在可檢測(cè)范圍遮擋信號(hào)時(shí)，電梯會(huì)發(fā)出控制信號(hào)不會(huì)關(guān)上。程序是當(dāng)電梯關(guān)門時(shí)有東西遮擋時(shí)光幕輸入信號(hào)X007會(huì)接通，然后光幕指示燈會(huì)亮起來，模擬電梯中的工作過程，對(duì)應(yīng)的梯形圖如下:圖5-SEQ圖\*ARABIC\s19感應(yīng)梯形圖5.3.5顯示板說明本次設(shè)計(jì)用的顯示板型號(hào)為DOT342,采用二進(jìn)制算法，其真值表如下：表5-SEQ表\*ARABIC\s12顯示板二進(jìn)制碼DCBA面板顯示數(shù)值00000000110010200113010040101501106011171000810019本次顯示屏顯示的是小于等于九十九的數(shù)值，下面談?wù)摰氖秋@示面板1顯示個(gè)位的數(shù)值為例，其余三個(gè)面板的程序指令和面板1大體一樣，就不做過多論述。之前已經(jīng)談到過將除以10得到的余數(shù)存入D4，通過比較指令D4的數(shù)據(jù)先與一三五進(jìn)行比較，滿足情況的就通過顯示板顯示數(shù)值，都不符合繼續(xù)往下比較,程序最終實(shí)現(xiàn)的是數(shù)值為零到九分別存入地址M27到M36，并將顯示板D、C、B、A輸出信號(hào)與對(duì)應(yīng)地址相關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)上述功能的梯形圖的設(shè)計(jì)展示如下：圖5-SEQ圖\*ARABIC\s110顯示板顯示數(shù)值

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是體現(xiàn)出實(shí)現(xiàn)電梯邏輯控制的主流傳感器在電梯中扮演的角色，通過PLC控制系統(tǒng)來達(dá)到教學(xué)演示的目的，為完成這個(gè)目標(biāo)，在這個(gè)過程，我做出了很多努力，花了幾個(gè)月的時(shí)間，對(duì)我的課題不斷的摸索和學(xué)習(xí)，我采用網(wǎng)上查閱資料、觀察生活中電梯運(yùn)作情況、請(qǐng)教導(dǎo)師等方法，了解了傳感器的構(gòu)造和原理、PLC控制的優(yōu)勢(shì)，將自己所學(xué)的傳感器知識(shí)與PLC知識(shí)相融合，設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)指示樓層、樓層平層、超速、超載報(bào)警并顯示數(shù)值等功能。這一教學(xué)演示裝置的設(shè)計(jì)是先完成主體的框架，再對(duì)系統(tǒng)的硬件部分和軟件程序部分進(jìn)行拆分和有效規(guī)劃，細(xì)化到傳感器、PLC和其他元器件的選型和指令程序的設(shè)計(jì)，把各個(gè)單元程序有機(jī)聯(lián)系起來，通過強(qiáng)化各個(gè)控制環(huán)節(jié)間的聯(lián)系，由小到大完成整個(gè)系統(tǒng)的整體模塊的設(shè)計(jì)。傳感器模型的設(shè)計(jì)可以緩解目前培訓(xùn)實(shí)踐中教育看重理論，市場(chǎng)缺乏技能型人才的問題。讓我們可以學(xué)到更多的技術(shù)手段，如確定系統(tǒng)所需的元件，輸入輸出接線，設(shè)計(jì)可達(dá)成目標(biāo)的PLC程序，對(duì)程序進(jìn)行修改，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)以達(dá)到目的。讓學(xué)生對(duì)電梯的邏輯控制系統(tǒng)有更直觀的認(rèn)識(shí)，衍生出更多提高電梯安全性、穩(wěn)定性的節(jié)能型、創(chuàng)新型產(chǎn)品。6.2展望設(shè)計(jì)這種控制系統(tǒng)對(duì)我來說是陌生的，由于經(jīng)驗(yàn)、時(shí)間和所學(xué)知識(shí)的限制，我的設(shè)計(jì)還存在不完善和不足的地方。例如，本次設(shè)計(jì)主要展示了電梯運(yùn)行時(shí)平層傳感器、稱重傳感器光電編碼器、光電傳感器的工作過程，電梯的設(shè)定是三層，樓層變多或者群控電梯時(shí)傳感器的運(yùn)作過程沒有考慮，實(shí)物的制作過程可能沒法呈現(xiàn)很好的效果等，在實(shí)際操作是這些是要考慮的。至于設(shè)計(jì)中的其他漏洞還需要導(dǎo)師的教導(dǎo)和指導(dǎo)意見。電梯質(zhì)量改善是我們一直關(guān)注的問題，并且也付出了大量努力，例如用智能門代替鐵柵欄，用微處理器代替繼電器，用雙速或變速控制電梯代替單速電梯[14]。電梯使用的傳感器類型和種類也多種多樣，研究電梯中使用的傳感器可以對(duì)電梯的控制系統(tǒng)有更深刻的理解，在科技技術(shù)的不斷提高趨勢(shì)下未來可以設(shè)計(jì)出更加智能化、人性化、小型化的電梯控制系統(tǒng)，降低電梯的故障率，簡(jiǎn)化維修